کاربن نانوٹوبس کتنے ہلکے ہیں؟

کاربن نانوٹوبس سب سے ہلکے معلوم مواد میں سے ہیں، جن کی کثافت صرف 1.3-2.1 g/cm³ ہے، جو اسٹیل (7.9 g/cm³) اور ایلومینیم (2.7 g/cm³) سے بہت کم ہے۔ اس کا مطلب ہے کہ اسی حجم کے لیے، کاربن نانوٹوبس کا وزن اسٹیل کا صرف 1/6 اور ایلومینیم کا 1/2 ہے۔ اس سے بھی زیادہ حیران کن، اگرچہ کاربن نانوٹوبس ایلومینیم سے ہلکے ہیں، لیکن ان کی تناؤ کی طاقت اسٹیل سے 100 گنا زیادہ ہے - "روشنی کے باوجود مضبوط" کا مجموعہ جو فطرت میں انتہائی نایاب ہے۔ کاربن نانوٹوب مرکبات نے پہلے ہی 40% وزن میں کمی اور ہوا بازی اور آٹوموٹیو صنعتوں میں ایندھن کی کارکردگی میں 20-25% بہتری حاصل کی ہے۔ شیڈونگ ٹینفینگ نیو میٹریل اس "روشنی کے طور پر، اسٹیل کی طرح مضبوط" سپر میٹریل کی صنعت کاری کو فروغ دے رہا ہے۔

1. کاربن نانوٹوبس کتنے ہلکے ہیں؟ نمبروں کا ایک سیٹ آپ کو بتاتا ہے۔

نتیجہ:کاربن نانوٹوبس کی کثافت تقریباً 1.3-2.1 g/cm³ ہے، جو ایلومینیم سے ہلکی ہے اور اسٹیل کی صرف 1/6 ہے۔

سب سے پہلے، آئیے مشکل ڈیٹا کو دیکھیں۔ امریکی محکمہ توانائی کے تحت لیبارٹری کے علمی ادب کے مطابق، کاربن نانوٹوب (CNT) مرکبات کی عام کثافت 1.3 g/cm³ ہے۔ گھریلو مصنوعات کا ڈیٹا بھی اس ترتیب کی تصدیق کرتا ہے - کچھ تجارتی مصنوعات کی حقیقی کثافت تقریباً 2 g/cm³ ہے، جس کی نل کی کثافت صرف 0.18 g/cm³ ہے۔ خلاصہ کرنے کے لیے، کاربن نانوٹوب پاؤڈر کی ظاہری کثافت تقریباً 1.3-2.1 g/cm³ کی حد میں آتی ہے۔

اس "ہلکا پن" کا کیا مطلب ہے؟ آئیے اس کا موازنہ اعلی-کارکردگی والی دھاتوں سے کریں جن سے ہم روزمرہ کی زندگی میں واقف ہیں:

ایک بدیہی مثال دینے کے لیے: ایک عام کار وہیل ہب، اگر کاربن نانوٹوب مرکب مواد سے بنایا گیا ہو، تو اس کا وزن 20 جن (تقریباً 10 کلوگرام) سے کم ہو کر 5-6 جن (تقریباً 2.5-3 کلوگرام) ہو سکتا ہے۔ آپ اسے آسانی سے ایک ہاتھ سے اٹھا سکتے ہیں۔

2. کاربن نانوٹوبس اتنے ہلکے کیوں ہیں؟ راز ان کے "نانوسکل فگر" میں ہے۔

نتیجہ:کاربن نانوٹوبس کی الٹرا-روشنی خصوصیت ان کے منفرد مائیکرو اسٹرکچر - کاربن ایٹموں کو ایک ہیکساگونل ہنی کامب پیٹرن میں ترتیب دیا جاتا ہے، ایک کھوکھلی "نانو اسکیل ٹیوب" بنانے کے لیے ایک دائرہ بناتا ہے، جس کا اندرونی حصہ تقریباً مکمل طور پر خالی ہوتا ہے۔

کاربن نانوٹوب بنیادی طور پر ایک "ٹیوب" ہے اور اس پر نانوسکل میں ایک ٹیوب ہے۔

اس کا مائیکرو اسٹرکچر اس طرح ہے: کاربن ایٹم ہم آہنگی بانڈز کے ذریعے ایک دوسرے سے جڑے ہوئے ہیں، ایک مستحکم چھ-ممبر والی انگوٹھی گرافین شیٹ بناتے ہیں، اور پھر اس گرافین شیٹ کو سلنڈر میں "رولڈ" کیا جاتا ہے۔ یہ سلنڈر کھوکھلا ہے - اس کے اندر کوئی ایٹم نہیں، صرف ہوا یا خلا ہے۔ ایک پرت کو رول کرنے سے ایک سنگل-دیوار والی کاربن نانوٹوب (SWCNT) بنتی ہے؛ ایک سے زیادہ تہوں کو گھمانے سے ایک کثیر-دیواری کاربن نانوٹوب (MWCNT) بنتا ہے، جس میں تقریباً 0.34 nm کی انٹر لیئر سپیسنگ ہوتی ہے۔

مواد کے وزن کی پیمائش کرنے کی کلید: کثافت=ماس / حجم

دھاتیں ایٹموں سے بھری ہوتی ہیں، گھنے بھری ہوتی ہیں، اس لیے وہ بھاری ہوتی ہیں۔ کاربن نانوٹوب کا خول کاربن ایٹموں پر مشتمل ہوتا ہے (کاربن کے ایٹم لوہے یا ایلومینیم کے ایٹموں سے زیادہ ہلکے ہوتے ہیں)، اندرونی حصہ خالی ہوتا ہے، اور خول انتہائی پتلا ہوتا ہے - اس طرح، فی یونٹ حجم کے حساب سے بہت کم مواد ہوتا ہے، اس لیے یہ قدرتی طور پر ہلکا ہوتا ہے۔

باورچی خانے کی تشبیہ کا استعمال کرتے ہوئے:ایک دھاتی اسپاتولا ٹھوس اور بھاری ہوتی ہے۔ ایک کھوکھلا پینے کا تنکا ہلکا ہوتا ہے کیونکہ اس کی سطح پر صرف ایک پتلی دیوار ہوتی ہے۔ کاربن نانوٹوب ایک "کھوکھلے پینے کے تنکے" کا سالماتی ورژن ہے۔

3. واقعی حیرت انگیز چیز "ہلکی پن" نہیں ہے بلکہ "روشنی پھر بھی مضبوط" مجموعہ ہے۔

نتیجہ:کاربن نانوٹوبس کی مخصوص طاقت 500 MPa·cm³/g تک پہنچ جاتی ہے، جو اسٹیل، ایلومینیم اور ٹائٹینیم جیسی روایتی دھاتوں سے کہیں زیادہ ہے، جس سے یہ معروف انجینئرنگ مواد میں سب سے زیادہ ہے۔

اگر یہ صرف "روشنی" ہوتی تو یہ خاص نہیں ہوتا - فوم پلاسٹک بھی بہت ہلکا ہوتا ہے، لیکن یہ آسانی سے کچل دیتا ہے۔ کاربن نانوٹوبس کو جو چیز واقعی حیران کن بناتی ہے وہ یہ ہے کہ ہوا کی طرح ہلکے ہونے کے ساتھ ساتھ وہ ناقابل یقین حد تک مضبوط بھی ہیں۔

جیسا کہ ہم نے پچھلے مضمون میں تفصیل سے تجزیہ کیا تھا: کاربن نانوٹوبس کی تناؤ کی طاقت 50-200 GPa تک پہنچ سکتی ہے، جو اسٹیل سے 100 گنا زیادہ ہے۔ جب اس ڈیٹا کو "ہلکی پن" کے طول و عرض سے ضرب کیا جاتا ہے تو ہمیں ایک میٹرک ملتا ہے جو انجینئرز کو دیوانہ بنا دیتا ہے - مخصوص طاقت (طاقت ÷ کثافت)۔

تقابلی ڈیٹا کے اس سیٹ پر ایک نظر ڈالیں:

مخصوص طاقت جتنی زیادہ ہوگی، کسی وزن کے لیے بوجھ برداشت کرنے کی گنجائش اتنی ہی زیادہ ہوگی۔ کاربن نانوٹوبس (500) کی مخصوص طاقت اسٹیل سے تقریباً 10 گنا ہے (51) - ایک ہی وزن کی کاربن نانوٹوبس سے بنی رسی اسٹیل کی تار کی رسی کا تقریباً 10 گنا بوجھ برداشت کر سکتی ہے۔

یہی وجہ ہے کہ سائنسدان ایک خلائی لفٹ بنانے کے لیے کاربن نانوٹوبس کا استعمال کرتے ہوئے تصور کرتے ہیں - کیونکہ صرف ایک ایسا مواد جو "پنکھ کی طرح ہلکا، فولاد کی طرح مضبوط" ہو، ممکنہ طور پر زمین سے خلا تک پھیلا ہوا کیبل بنا سکتا ہے۔

4. صنعتی انقلاب "ہلکا پن" سے لایا گیا: 40% وزن میں کمی، 25% ایندھن کی بچت

نتیجہ:کاربن نانوٹوب مرکبات نے پہلے ہی ایرو اسپیس اور آٹوموٹیو صنعتوں میں 40% تک وزن میں کمی کے اثرات حاصل کیے ہیں، جو براہ راست ایندھن کی کارکردگی میں 20-25% بہتری میں ترجمہ کرتے ہیں۔

"ہلکا پن" صرف نمبروں کا کھیل نہیں ہے۔ یہ صنعتی منظر نامے کو واضح طور پر تبدیل کر رہا ہے۔

بین الاقوامی تعلیمی جریدے میں ایک جائزہ مضمون کے مطابقمواد سائنس اور انجینئرنگ: آر، کاربن نانوٹوب مرکبات نے ہوا بازی اور آٹوموٹو صنعتوں میں بڑی صلاحیت کا مظاہرہ کیا ہے: ساختی اجزاء کے وزن کو 40% تک کم کیا جا سکتا ہے، جبکہ میکانی خصوصیات کو برقرار رکھتے ہوئے یا اس سے بھی بہتر کیا جا سکتا ہے۔

آئیے حقیقی-دنیا کی درخواست کی مثالیں دیکھیں:

بوئنگ 787 کا معاملہ خاص طور پر قابل ذکر ہے۔ یہ "ڈریم لائنر" جدید جامع مواد (بشمول کاربن نانوٹوب-مضبوط مواد) کا وسیع پیمانے پر استعمال کرتا ہے، نہ صرف وزن میں نمایاں کمی حاصل کرتا ہے بلکہ اس بڑے ہوائی جہاز کو ملتے جلتے ماڈلز کے مقابلے میں ایندھن پر 20 فیصد سے زیادہ بچت کرنے کے قابل بھی بناتا ہے۔ کوریا انسٹی ٹیوٹ آف سائنس اینڈ ٹیکنالوجی (KIST) نے یہاں تک کہ ایک قدم آگے بڑھایا اور بغیر کسی دھاتی کنڈلی کے براہ راست ایک موٹر بنائی - کاربن نانوٹوب تار سے تانبے کے تار کی جگہ، جس کے نتیجے میں موٹر کا وزن تانبے کی موٹر سے صرف ایک-پانچواں حصہ بنتا ہے۔

ہوائی جہاز کے لیے:ایندھن کی بچت=دور تک جاتی ہے + ٹکٹ کی کم قیمتیں + کاربن کے اخراج میں کمی۔

الیکٹرک گاڑی کے لیے:وزن میں کمی=لمبی رینج + تیز سرعت + چھوٹی بیٹری۔

ہلکا پن سونا ہے۔ ہلکا پن مسابقت ہے۔

5. شیڈونگ ٹینفینگ نیا مواد: "ہلکی پن" کو قابل خرید مصنوعات میں تبدیل کرنا

Shandong Tanfeng New Material Technology Co., Ltd. بڑے پیمانے پر-کاربن نانوٹوبس کی "انتہائی{-ہلکی" خصوصیات کی پیداوار اور پیداوار کر رہی ہے، جو کہ اعلیٰ-مینوفیکچرنگ صنعتوں جیسے ایرو اسپیس اور نئی توانائی سے چلنے والی گاڑیوں کی خدمت کر رہی ہے۔

کاربن نانوٹوبس کو لیبارٹری میں ایک "معجزہ مواد" سے صنعتی خام مال میں تبدیل کرنے کے لیے جسے انجینئر آرڈر کر سکتے ہیں، ایسی کمپنیوں کی ضرورت ہوتی ہے جو واقعی بڑے پیمانے پر پیداواری ٹیکنالوجی میں مہارت حاصل کرتی ہوں۔

شیڈونگ ٹینفینگ نیو میٹریل ٹیکنالوجی کمپنی، لمیٹڈ بالکل ایسی ہی کمپنی ہے۔

یہ کیا کرتا ہے؟

کمپنی R&D اور ملٹی-والڈ کاربن نانوٹوبس (MWCNTs)، سنگل-والڈ کاربن نانوٹوبس (SWCNTs)، فنکشنلائزڈ کاربن نانوٹوبس، کنڈکٹیو پیسٹ، اور پری-منتشر مصنوعات کی تیاری پر توجہ مرکوز کرتی ہے۔ مصنوعات کی پاکیزگی 97.5% سے زیادہ یا اس کے برابر ہے، Fe، Co، اور Ni کیٹالسٹ کی بقایا نجاست 0.5 ppm سے کم یا اس کے برابر ہے، ٹیوب قطر کی تقسیم تنگ ہے، اور بیچ-سے-بیچ کی مستقل مزاجی CV ہے<5%.

اس کی بنیادی صلاحیتیں:

Tanfeng نیو میٹریل یورپی آٹوموٹیو پارٹس سپلائرز کو PA12 کیریئر ملٹی-دیواری کاربن نانوٹوب ماسٹر بیچز بھی فراہم کرتا ہے، جو ایندھن کی لائنوں کے لیے سخت مخالف-جامد ضروریات کو پورا کرتا ہے۔ جب BMW اور Boeing جیسی کمپنیوں کو اعلی-کارکردگی کے ہلکے وزن والے مواد کی ضرورت ہوتی ہے، تو کاربن نانوٹوبس دور لیبارٹری کے تصور سے Tanfeng جیسی چینی کمپنیوں کے شیلف پر ٹھوس مصنوعات میں تبدیل ہو رہے ہیں۔

خلاصہ: کاربن نانوٹوبس کی "ہلکی پن" کا کیا مطلب ہے؟

کاربن نانوٹوبس کی "ہلکی پن" کبھی بھی ایک سادہ کم-کثافت نمبر نہیں رہی۔ یہ سب سے چھوٹی مقدار کے ساتھ سب سے زیادہ بوجھ اٹھانے، کم سے کم مواد کے ساتھ مضبوط ترین کارکردگی کو حاصل کرنے اور ہلکے اجزاء کے ساتھ اعلیٰ ترین کارکردگی پیدا کرنے کے بارے میں ہے۔

جب شیڈونگ ٹینفینگ نیو میٹریل اپنی فیکٹری سے اس کالے پاؤڈر کو مسلسل "اڑاتا ہے" - پاؤڈر جو ہوا سے ہلکا ہے (اپنی ٹیپ شدہ حالت میں) لیکن اسٹیل سے زیادہ مضبوط ہے - یہ اس بات کا اشارہ کرتا ہے کہ مادی دنیا کا "ہلکا پھلکا دور" واقعی آ گیا ہے۔